1、东庞矿突水陷落柱三维地震处理效果与对比第 36 卷第 1 期2008 年 2 月煤田地质与勘探C0ALGE0L0GYEXPL0RAn0NV01.36No.1Feb.2008文章编号:1001.19862008)O1-006204东庞矿突水陷落柱三维地震处理效果与对比程建远,王玺瑞,郭晓山.,蒋勤明,刘再斌,刘金峰(1.煤炭科学研究总院西安研究院,陕西西安 710054;2.河北金牛能源集团公司,河北邢台 054000)摘要:以东庞矿 2903 工作面突水陷落柱为例,利用三维地震的纵横剖面 ,联井剖面,等时切片与沿层切片对陷落柱进行了对比解释,并对偏移速度 90%,95%和 103%的 3 个不
2、同地震数据体上陷落柱边界的控制效果进行了分析.结果表明:偏移速度 95%的地震处理效果较好,地震沿层属性切片技术对陷落柱的解释精度最高.关键词:陷落柱;三维地震;对比处理中图分类号:P631 文献标识码:A3DseismicprocessingforsubsidencecolumndetectionappliedinDongpangcoalmilleCHENGJianyuan.WANGXirui.GUOXiao.shah.JIANGQin.mine.LIUZai-bin.LIUJin.fen【1.XianBranch,ChinaCoalResearchInstitute,Xiart710054
3、,China;2.HebeiJinniuEnergyGroupCo.Ltd.,Xingtai054000,China)Abstract:BasedOiltheanalysisofsubsidenceCO|Ul/WIprospectinginDongpangcoalmine-theeffectisdiscussedforsubsidencecolumninterpretationin3Dseismicverticalsection-hole-linkedsection-horizontimesliceandcoallayerattributeslice.Withtheseismicmigrati
4、onvelocityof90%-95%and103%tostackvelocity-threedifferent3Ddatacubehavebeeninterpretedandtheireffectiscomparedinthispaper.Theresultsshowthatthe95%migrationvelocityisbetterandcoal-layerattributeslicetechnologyisthebestinsubsidencecolumnprospecting.Keywords:subsidencecolumn;3Dseismic;comparisonprocessi
5、ng2003 年 4 月 12 日,东庞矿在 2903 工作面下巷掘进中突遇高压奥灰水涌出,导致矿井被淹.为了迅速查明突水原因,河北金牛能源股份有限公司东庞矿采用三维地震,瞬变场等多种物探手段在突水点附近进行探查,并在地面施工了 T1,两个探查孔及 5 个分支孔(T1 1,T12,T21,T22,T23)和 8 个注浆钻孔,成功实现了一期工程对高压奥灰水截流与封堵的目标.2006 年该矿又启动了陷落柱二期治理工程,施工 7 个直孔,2o 个分支孔,2 个质检孔和一个井下放水孔.两期工程合计施工了 9 个直孔,25 个分支孔,2 个质检孔,1 个井下放水孔以及封堵巷道的 8 个注浆孔,累计钻孔个
6、数达到 45 个,钻探总进尺累计 13483m(图 1).这些钻孔从不同位置,不同深度等三维空间进一步控制了陷落柱的空间形态.在突水陷落柱周围地面面积不足 0.04km 的狭小区域内,钻孔平均密度达到 1125 个/km,陷落柱附近钻孔密度甚至高达 3023 个/kIIl2 以上,严密控制了长轴 92m,短轴 49m 的突水陷落柱的空间形态.这在一般的煤炭资源勘探项目中是不可想象的!如此密集的钻孔资料,为该区域的三维地震资料处理与解释提供了难得的第一手信息,据此可以对三维地震资料的处理与解释方法开展多层次,全方位的分析和研究.本文正是在这一背景和前提下,以该区资料为基础,试图探讨利用三维地震进
7、行陷落柱探测时,不同地震资料处理方法所达到的效果,以便为今后类似工程勘探提供有益的借鉴.1 三维地震数据采集2903 工作面主采 2 号煤层,煤层倾角 913.,地层倾向 SE6080.,煤层稳定厚度 4.3m,为单斜构造,断裂构造不发育,2 煤底板465490m,下距奥灰 204m,9 煤 170m,上距上石盒子组 126m,第四系底部 415m.收稿日期:2007.09.II基金项目:国家重点基础研究发展计划(973 计划)项目(2006CB202200)作者简介:程建远(1966 一),男,陕西乾县人,博士生导师,研究员,主要从事煤矿采区地震勘探的科研工作第 1 期程建远等:东庞矿突水陷
8、落柱三维地震处理效果与对比 .63.图 1 陷落柱范围的钻孔分布Fig.1Thedistributionofdrillingholesforsubsidencecolumn1.1 地震地质条件该区地表较平坦,地面标高 9496m,地表障碍物较多;地下卯砾石,流沙大范围分布,潜水位一般在 30m 左右;新生界与下伏煤系为不整合接触,底界形成的 TQ 反射波能量较强;主要目的层 2 号煤形成的 T2 反射波全区可连续追踪;9 号煤层的反射波(1,9)由于煤层埋藏较深,112 波的屏蔽作用影响等,品质较差(图 2);另外,来自上石盒子组底界面的标准反射波 Ts 波,同相轴连续性较好,是陷落柱解释的辅
9、助标志层.图 2 区内标准地震剖面Fig.2Thestandardseismictimesection1.2 地震数据采集方法三维地震数据采集由河北煤田物探队完成.根据矿区地震地质条件,三维地震勘探激发方式采用可控震源激发,震源车振动台次 28,扫描频率 25109Hz,扫描长度 l4s,驱动电平 50%;采用 60Hz高频检波器接收(3 串 2 并十字型);三维地震观测系统为 8 线 4 炮制单边激发的束状正规观测系统,仪器接收道数 288 道(8 线36 道/线),接收线距20m,接收道距 10m,CDP 网格 5m10m,24 次迭加(纵向 6 次,横向 4 次), 纵向最小炮检距 60
10、m,纵向最大炮检距 410m,横向最小炮检距 0m,横向最大炮检距 100m,最大非纵距 422.02m.BOX 无线遥测数字地震仪 1.0ms 采样录制.地震勘探共完成三维线束 3 束,物理点 243 个.控制面积 0.04km2,施工面积 0.30km2.总体来看,三维地震数据野外采集的质量较好.2 三维地震处理效果对比2.1 三维地震数据处理方法通过对原始资料分析,可知原始资料的频率为10120Hz,区内的主要干扰波为可控震源产生的较强声波,面波及随机干扰.为此,三维地震资料处理采用常规流程:解编一空间属性建立一绿山折射静校正一高通滤波一真振幅恢复一初至切除一多道预测反褶积一速度分析一动
11、校正一地表一致性剩余静校正一 DMO 速度分析一叠后处理一偏移等.为了控制陷落柱边界的摆动,在偏移处理时获得了90%,95%和 103%共 3 个偏移数据体,资料处理的质量较好.2.2 三维地震处理效果对比结合地面钻探工程验证情况,对于三维地震处理获得的 90%,95%和 103%这 3 个偏移数据体的处理效果,从纵横剖面,时间切片,沿层切片等几个方面加以对比分析.2.2.1 纵横剖面对比a.纵剖面对比图 3 给出了纵横剖面与任意剖面所切割位置的示意图;图 4 是沿图 3 的上下方图 3 纵横剖面与任意剖面所切割位置示意图Fig.3Thelocationsketchmapofseismicve
12、rticalsectionandholelinkedsection?64?煤田地质与勘探第 36 卷向切出了三维地震 INLINE36 线剖面.该剖面穿过Z3,z52,Z5 一 2,Z33,T11,T12 共 6 个钻孔.钻探资料圈定的陷落柱,在偏移速度 90%,95%和 103%的 3 个地震剖面上均有显示.相对而言,偏移速度 95%的剖面上地震波的复合比较严重,易引起误判;而其他 2 个剖面的信噪比,分辨率较高,易于直接识别陷落柱,其特征表现为标准反射波在小范围内突然消失,代之以断续的弱反射同相轴,且振幅突然减弱,频率明显变低等,之后同相轴又恢复正常.(a)(b)(c)图 4 陷落柱在 I
13、NLINE36 剖面上的显示Fig.4ThedisplayofsubsidencecolumninINLINE36timesectiona偏移速度 90%.b偏移速度 95%;c偏移速度 103%b.横剖面对比图 5 是沿图 3 的左右方向切出了三维地震 CROSSLINE96 线剖面.该剖面穿过z41,Z13,监 2,Z5 一 2,Z34,Z5 共 6 个钻孔.钻探解释的陷落柱在偏移速度 90%,95%和 103%的 3 个地震剖面上显示,地震剖面解释与纵剖面类似.(a)(h)(c)图 5 陷落柱在 CROSSLINE96 剖面上的显示Fig.5Thedisplayofsubsidencec
14、olumninCROSSLINE96timesection.a偏移速度 90%-b偏移速度 95%;c偏移速度 103%值得注意的是,这 3 张地震剖面上,2 煤层上部的反射波出现明显“下凹“现象,预示着陷落幅度较大,上覆地层出现沉降变化,这也表明该线可能穿过了陷落柱的中心部位.c,任意剖面对比图 6 是剖面过 Z2 一 3,z22,监 2,Z32,Z3 钻孔的三维地震任意剖面与地质剖面(仅 z2 一 3,监 2 与 Z32 部分)的对比显示.直观来看,在偏移速度 90%,95%和 103%的 3个地震剖面的右侧,都有陷落柱的异常显示,但不是很清楚,其与地质剖面对应欠佳.究其原因,一是受地震勘
15、探的分辨率限制,二是经过核查,图 6 的地质剖面比例不对,其上标注的 3 个钻孔相互距离依次为 51.67m 和 7.65m,而图上给人等距的感觉,造成了视觉上的混淆.通过以上三维地震的纵,横剖面和任意剖面,对陷落柱进行显示与对比,总体来看,地震资料显示的陷落柱范围偏大.z2-3t223-2+96m 爪 /-240.61m 陷落柱顶界上石河子底界 7陷落柱空腔底部=-,一,琐界婆广.窭I(b)图 6 陷落柱在联井剖面上的显示Fig.6Thedisplayofsubsidencecolumninholelinkedtimesectiona地质剖面 ;b地震剖面2.2.2 时间切片对比图 7 是从
16、偏移速度 90%,95%和 103%的 3 个地震数据体上,沿 388ms 切取的等 11D 水平时间切片 .图中黑色区域为正常地层反射,灰色封闭区域为陷落柱的横界面.其中的密集小点组成的范围为钻探第 1 期程建远等:东宠矿突水陷落柱三维地震处理效果与对比 .65.控制的 2 号煤层陷落柱范围(由于显示原因东北部一些小点无法分辨).可以明显看出,偏移速度为95%的数据体上,陷落柱范围最大,也与钻探控制的陷落柱吻合程度最好;其他 2 个次之.(a)(b)(c)图 7 陷落柱在 388ms 等时切片上的对比显示Fig.7Thedisplayofsubsidencecolumninhorizonti
17、mesliceof388msa偏移速度 90%;b偏移速度 95%;c偏移速度 103%2.2.3 沿层切片对比图 8 是从偏移速度 90%,95%和 103%的 3 个地震数据体上,沿 2 煤层反射波层位提取振幅切片.图中灰色区域为正常地层反射,中部深色封闭区域为陷落柱,黑色线条圈定的范围为钻探控制的 2 号煤层陷落柱范围.同样,偏移速度为 95%的数据体上,陷落柱范围最大,也与钻探控制的陷落柱吻合程度最好.一蟊豳(a)(b)(c)图 8 陷落柱在 388IllS 等时切片上的对比显示Fig.8Thedisplayofsubsidencecolumnincoallayerattributes
18、liceof388msa偏移速度 90%;b偏移速度 95%;c偏移速度 103%2.3 三维地震处理效果分析2.3.1 陷落柱边界的控制效果从以上 3 种不同偏移速度所获数据体的分析结果来看,三维地震偏移成果数据体对于陷落柱边界的控制精度仍显不足,尤其是 90%偏移速度得到的数据体,与陷落柱实际边界与范围存在较大出入.偏移后水平位移的变化是受偏移速度控制的,与偏移速度的平方成正比,即偏移速度越小,倾斜同相轴向上倾方向的偏移量越不足.反之,偏移速度过大则会引起偏移过量的副作用.因此,偏移后陷落柱边界的归位精度,要受偏移算法,空间采样间隔,速度误差以及随机噪声等共同影响.其中偏移速度是地震剖面与
19、地质剖面之间的薄弱环节.在地震实际资料处理中,可以通过不同偏移速度测试对比效果来确定偏移速度,可以利用已有的钻探,巷探资料作为约束来确定,当然也可以采用上述的综合确定方法,优选偏移速度.2.3.2 陷落柱大小的控制效果相对于钻探控制的陷落柱,三维地震资料无论从剖面上还是平面上所解释的陷落柱范围,都显得要比实际陷落柱的规模大(从 90%偏移速度得到的三维数据体解释出来的陷落柱,与实际陷落柱规模相对接近,但是位置差异较大).究其原因,隐伏陷落柱在突水前是一种相对稳定的“静止状态“, 突水后陷落柱内部充填物被大量冲出,陷落柱顶部出现“空洞 “,陷落柱四周裂隙迅速扩大等,这可能是导致地震解释的陷落柱比
20、实际偏大的内在原因.由于陷落柱是一个极其复杂的地质异常体,钻探取心率不高,在很多情况下无法“眼见为实 “,根据判层,泥浆漏失量等进行陷落柱的边界解释同样具有多解性!这可能是出现上述问题的第二个原因.3 结语东庞矿突水陷落柱的探查,采用了三维地震,电磁法与钻探等多种勘探手段,三维地震探测成果可靠程度较高,较好地控制了突水陷落柱的空间形态.但是,鉴于陷落柱空间形态和充填物质的复杂性,三维地震探测成果在陷落柱边界控制,陷落柱发育规模控制上的精度还有待提高.东庞矿 2903 工作面陷落柱突水,尽管没有发生人身伤亡,但是造成了巨大的经济损失.该工作面如果在设计后,及时采用综合地球物理手段进行探查,该陷落柱造成的损失是可以避免的,这一点值得引起类似条件矿井今后加以注意.参考文献1南生辉 .东庞矿 2903 工作面突水陷落柱治理技术研究报告R.西安 :煤炭科学研究总院西安研究院,2007.2张广忠 .东庞煤矿突水陷落柱边界的综合解释J.煤炭,2006(增刊 ):88923渥伊尔马滋地震资料分析(上册)M. 刘怀山.译.北京:石油工业出版社,2006.
